KR102289789B1 - 전압 검출 장치 - Google Patents

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고이치 야나기사와
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Abstract

검출 대상과 검출 전극의 사이에 절연체가 존재하는 경우에도, 검출 대상의 전압을 비접촉으로 검출하는 것으로서, 검출 대상(52)을 피복하는 절연체(51)에 접촉하여 설치된 검출 전극(11)과, 절연체(51)를 진동시키는 진동체(13)와, 제1의 입력 단자가 기준 전압으로 규정되고, 제2의 입력 단자가 검출 전극(11)에 접속되고, 또한 제2의 입력 단자와 출력 단자의 사이에 궤환 저항(14b)이 접속되고, 절연체(51)가 진동되는 상태에 있어서, 검출 대상(52)으로부터 검출 전극(11)을 경유하여 기준 전압으로 흐름과 더불어 검출 대상 전압(V1)과 기준 전압 사이의 전위차 Vdi에 따라 진폭이 변조된 절연체(51)의 진동에 동기하는 검출 전류(I)를 검출 전압 신호 V2로 변환하는 연산 증폭기(14a)를 가지는 전류 전압 변환 회로(14)와, 전위차 Vdi를 나타내는 검파 출력 V3를 검출 전압 신호 V2로부터 검출하는 검파 회로(16)를 구비하고 있다.

Description

전압 검출 장치{VOLTAGE SENSING APPARATUS}
본 발명은 절연재로 피복된 검출 대상의 전압을 이 절연재를 통하여 검출하는 비접촉형의 전압 검출 장치에 관한 것이다.
비접촉형의 전압 검출 장치로서, 하기의 특허 문헌 1에 개시된 전압 검출 장치(비접촉식의 정전압 포로어)가 알려져 있다. 이 전압 검출 장치는, 전압 검출을 위한 프로브를 구비하고 있다. 이 프로브는, 측정되어야 할 정전량을 가지는 측정 표면(검출 대상의 표면)을 향해서 배치되는 검출 전극과, 검출 전극과 측정 표면간의 용량 결합을 변조하기 위해서 검출 전극에 작용 연결된 변조기 내지 구동 수단과, 검출 전극과 일치하는 측정 표면의 구역을 조사하기 위해서 측정 표면을 향한 복사선의 통로를 규정하는 수단을 포함하고 있다.
또한, 검출 전극은 하우징 내에 수용되어 있다. 또한, 이 하우징에는 제1 개구 내지 창이 설치되고, 이 제1 개구 내지 창을 통하여 검출 전극이 측정 표면에 드러난다. 또한, 검출 전극은, 하우징 내에 수용된 증폭기(전류 전압 변환용의 연산 증폭기)의 가산 입력단(반전 입력단)에 선에 의해서 접속되고, 이 증폭기의 비반전 입력단은 선에 의해서 기준 단위로 되는 하우징에 접속되어 있다. 또한, 변조기 내지 구동 수단에는, 예를 들면 압전 트랜스듀서를 이용할 수 있고, 변조기 내지 구동 수단은, 작용 연결된 검출 전극을 기계적으로 운동(진동)시킴으로써, 측정 표면과 검출 전극의 사이에 형성되는 용량(결합 용량)을 변조시킨다.
이 프로브를 구비한 전압 검출 장치에서는, 이 용량의 변조시에, 이 용량, 및 전류 전압 변환용으로서 증폭기의 가산 입력단(반전 입력단)과 출력 단자의 사이에 접속된 저항을 통하여 흐르는 전류에 의거하여, 측정 표면의 전압을 비접촉으로 검출하는 것이 가능하게 되어 있다.
일본국 특허 공고 평 7－92487호 공보(제6페이지, 도 7)
그런데, 상기의 전압 검출 장치에는, 이하와 같은 해결해야 할 과제가 존재하고 있다. 즉, 이 전압 검출 장치에서는, 하우징에 설치된 제1 개구(내지 창)를 통해 검출 전극이 측정 표면에 드러나도록 프로브를 측정 표면에 배치할 필요가 있다. 이는, 제1 개구를 절연체로 덮는 구성으로 하면, 절연체의 표면에도 이론적으로는 측정 표면의 전압의 영향을 받아 전하가 나타나지만, 절연체의 표면에 나타나는 전하는 용이하게 빠져나가 소실된다. 따라서, 이 전압 검출 장치에는, 측정 표면과 검출 전극의 사이에 절연체가 개재되는 경우에는, 측정 표면의 전압을 검출할 수 없다고 하는 해결해야 할 과제가 존재한다.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 검출 대상과 검출 전극의 사이에 절연체가 존재하는 경우에도, 검출 대상의 전압을 비접촉으로 검출할 수 있는 전압 검출 장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전압 검출 장치는, 절연체로 피복된 검출 대상에 발생하는 검출 대상 전압을 검출하는 전압 검출 장치로서, 상기 절연체에 직접적 또는 다른 절연체를 개재시킨 상태에서 간접적으로 접촉하여 설치된 검출 전극과, 상기 절연체를 진동시키는 진동체와, 상기 절연체가 진동되어 있는 상태에 있어서, 상기 검출 대상으로부터 상기 검출 전극을 경유해 기준 전압으로 흐름과 더불어 상기 검출 대상 전압과 해당 기준 전압 사이의 전위차에 따라서 진폭이 변조된 상기 진동체의 진동에 동기하는 검출 전류를 검출 전압 신호로 변환하는 전류 전압 변환 회로와, 상기 전위차를 나타내는 검파 출력을 상기 검출 전압 신호로부터 검출하는 검파 회로를 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 상기 검파 회로는, 상기 검출 전압 신호에 동기한 동기 신호로 해당 검출 전압 신호를 동기 검파하여 상기 검파 출력을 검출한다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 상기 전류 전압 변환 회로는, 제1의 입력 단자가 상기 기준 전압으로 규정되고, 제2의 입력 단자가 상기 검출 전극에 접속되고, 또한 해당 제2의 입력 단자와 출력 단자의 사이에 궤환 회로가 접속되고, 해당 궤환 회로에 흐르는 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 신호로 변환하는 연산 증폭기를 가지고 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 절연 재료로 형성됨과 더불어, 상기 검출 전극, 상기 진동체, 상기 전류 전압 변환 회로 및 상기 검파 회로가 내부에 설치된 케이스를 구비하고, 상기 검출 전극은, 상기 케이스를 구성하는 복수의 벽부 중의 외면이 상기 절연체와 접촉되는 상기 다른 절연체로서의 벽부의 내면에 설치되고, 상기 진동체는, 상기 복수의 벽부 중 어느 하나의 벽부의 내면에 고정되어 상기 케이스를 진동시킨다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 상기 검출 전극, 상기 진동체, 상기 전류 전압 변환 회로 및 상기 검파 회로를 덮는 쉴드 부재를 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 절연체로 피복된 검출 대상에 발생하는 검출 대상 전압을 검출하는 전압 검출 장치로서, 상기 절연체에 직접적 또는 다른 절연체를 개재시킨 상태에서 간접적으로 접촉하여 설치된 검출 전극과 상기 검출 대상에 정자계를 인가하면서 해당 검출 대상에 있어서의 해당 정자계의 인가 부위에 와전류를 발생시킴으로써 해당 인가 부위의 표면에 대하여 교차하는 방향으로 진동하는 초음파를 해당 검출 대상에 여기시키는 초음파 여기부와, 상기 검출 대상에 상기 초음파가 여기되어 있는 상태에 있어서, 상기 검출 대상으로부터 상기 검출 전극을 경유하여 기준 전압으로 흐름과 더불어 상기 검출 대상 전압과 해당 기준 전압 사이의 전위차에 따라서 진폭이 변조된 상기 초음파에 동기하는 검출 전류를 검출 전압 신호로 변환하는 전류 전압 변환 회로와, 상기 전위차를 나타내는 검파 출력을 상기 검출 전압 신호로부터 검출하는 검파 회로를 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 상기 초음파 여기부는, 상기 정자계를 발생시켜 상기 검출 대상에 인가함으로써 해당 검출 대상에 있어서의 상기 인가 부위의 내부에 상기 표면에 따른 정자계를 발생시키는 자석과, 공급되는 교류 전류에 의거하여 상기 검출 대상에 상기 와전류를 발생시키는 코일을 구비하고, 상기 인가 부위의 상기 표면에 대하여 직교하는 방향으로 진동하는 상기 초음파를 여기시킨다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 상기 자석은, 상기 인가 부위측의 자극의 근방에 상기 코일이 설치된 제1 자석과, 각각의 상기 인가 부위측의 자극이 상기 제1 자석의 상기 자극과는 상이한 극성에 착자됨과 더불어 해당 제1 자석의 해당 자극을 사이에 끼우도록 설치된 제2 자석 및 제3 자석을 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 상기 검파 회로는, 상기 검출 전압 신호에 동기한 동기 신호로 해당 검출 전압 신호를 동기 검파하여 상기 검파 출력을 검출한다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치는, 상기 전류 전압 변환 회로는, 제1의 입력 단자가 상기 기준 전압으로 규정되고, 제2의 입력 단자가 상기 검출 전극에 접속되고, 또한, 해당 제2의 입력 단자와 출력 단자의 사이에 궤환 회로가 접속되고, 해당 궤환 회로에 흐르는 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 신호로 변환하는 연산 증폭기를 가지고 있다.
본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 검출 전극을 직접적 또는 간접적으로 접촉시킨 절연체를 진동체로 진동시킴으로써, 검출 대상과 검출 전극의 사이에 검출 전류를 발생시키고, 이 검출 전류에 의거하여, 검출 대상의 검사 대상 전압을 검출하므로, 검출 대상과 검출 전극의 사이에 절연체가 존재하는 경우에도, 검사 대상 전압을 비접촉으로(검출 전극을 검출 대상에 직접 접촉시키지 않고) 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 검파 회로가 검출 전압 신호를 동기 신호로 동기 검파하여 검파 출력을 출력함으로써, 외란의 영향이 적은 상태에서 검파 출력을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 전류 전압 변환 회로를, 연산 증폭기 및 궤환 저항을 가지는 구성으로 함으로써, 검출 전류를 감도 좋게 검출하여 검출 전압 신호로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 전압 검출 장치를 절연 재료로 형성된 케이스 내에 수납(설치)하고, 검출 전극 및 진동체를 노출시키지 않는 구성으로 함으로써, 검출 전극 및 진동체를 개별적으로 절연체에 접촉시키는 수고를 줄일 수 있으므로, 검사 대상 전압의 검출 작업을 보다 효율적으로 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 검출 전극, 진동체, 전류 전압 변환 회로 및 검파 회로를 덮는 쉴드 부재를 구비함으로써, 전압 검출 장치를 구성하는 회로에 대한 외란(외부 자계나 외부 전계 등)의 영향을 저감시킬 수 있으므로, 외란의 영향이 한층 적은 상태에서 검파 출력을 검출하여 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에서는, 초음파 여기부가 검출 대상의 내부에 초음파를 여기시킴으로써 검출 대상에 진동을 발생시키고, 이 발생시킨 진동으로 검출 전극을 접촉시킨 절연체를 진동시킴으로써, 검출 전류를 발생시킴과 더불어, 이 검출 전류에 의거하여 검출 대상의 검출 대상 전압을 검출한다. 따라서, 이 전압 검출 장치에 의하면, 검출 대상과 검출 전극의 사이에 절연체가 존재하는 경우에도, 검출 대상 전압을 비접촉으로(검출 전극을 검출 대상에 직접 접촉시키지 않고) 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에서는, 초음파 여기부가, 검출 대상에 있어서의 정자계의 인가 부위의 내부에 이 인가 부위의 표면에 따른 정자계를 발생시키는 자석과, 공급되는 교류 전류에 의거해 검출 대상에 와전류를 발생시키는 코일을 구비하고, 이 인가 부위의 표면에 대하여 직교하는 방향(검출 대상의 깊이 방향)으로 진동하는 초음파를 검출 대상 내에 여기시킨다. 따라서, 이 전압 검출 장치에 의하면, 절연체의 정전 용량의 용량치를 가장 효율적으로 변화시킬 수 있는 방향의 진동을 검출 대상 및 절연체에 발생시킬 수 있으므로, 검출 대상으로부터 검출 전극을 경유하여 기준 전위에 흐르는 검출 전류의 레벨을 높일 수 있는 결과, 검출 대상 전압의 검출 감도를 충분히 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 정자계의 인가 부위에 있어서의 중앙의 제1 자석의 자극과의 대향 부위를 기준으로 하여, 이 대향 부위의 양측의 내부에 검출 대상의 표면에 따른 정자계를 발생시킬 수 있으므로, 이 대향 부위의 주위에 발생하는 와전류에 대하여 보다 많은 정자계를 작용시킬 수 있는 결과, 보다 강한 초음파, 나아가서는 보다 강한 진동을 검출 대상의 내부에 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 이 전압 검출 장치에 의하면, 검출 대상으로부터 검출 전극을 경유하여 기준 전위에 흐르는 검출 전류의 레벨을 한층 높일 수 있는 결과, 검출 대상 전압의 검출 감도를 한층 더 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 검파 회로가 검출 전압 신호를 동기 신호로 동기 검파하여 검파 출력을 출력함으로써, 외란의 영향이 적은 상태로 검파 출력을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 전류 전압 변환 회로를, 연산 증폭기 및 궤환 저항을 가지는 구성으로 함으로써, 검출 전류를 감도좋게 검출하여 검출 전압 신호로 변환할 수 있다.
도 1은 전압 검출 장치(1)의 구성도이다.
도 2는 검출 전극(11)과 진동체(13)에 대한 다른 배치를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 검출 전극(11)과 진동체(13)에 대한 또 다른 배치를 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 케이스(21)를 구비한 전압 검출 장치(1)의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 전압 검출 장치(101)의 구성도이다.
도 6은 검출 전극(111) 및 초음파 여기부(13)의 사시도이다.
도 7은 전압 검출 장치(101)의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 초음파 여기부(113A)의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9는 초음파 여기부(113B)의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
이하, 전압 검출 장치의 실시의 형태에 대하여, 첨부 도면을 참조해 설명한다.
최초로, 전압 검출 장치의 구성에 대하여, 도면을 참조해 설명한다.
도 1에 나타내는 전압 검출 장치로서의 전압 검출 장치(1)는, 비접촉형의 전압 검출 장치로서, 일예로서 검출 전극(11), 발진 회로(12), 진동체(13), 전류 전압 변환 회로(14), 버퍼 앰프(15), 검파 회로(16), 위상 조정 회로(17) 및 출력 회로(18)를 구비하고, 절연체(51)로 피복된 검출 대상(52)에 발생하는 전압(검출 대상 전압)(V1)을 비접촉으로 검출 가능하게 구성되어 있다.
이 경우, 검출 대상(52)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 그 표면에 있어서의 일부 부위가 절연체(51)로 피복되어 있어도 되고, 도 2, 3, 4에 도시하는 바와 같이, 표면 전역이 절연체(51)로 피복되어 있어도 된다(예를 들면, 검출 대상(52)은, 외주면 전역이 절연 피복으로 덮인 피복 전선의 심선이어도 된다). 또한, 절연체(51)는, 1종류의 절연 재료로 구성된 단층 구조여도 되고, 각각 상이한 종류의 절연 재료로 구성된 복수의 층이 적층되어 이루어지는 다층 구조여도 된다.
검출 전극(11)은, 검출 대상(52)을 피복하는 절연체(51)의 표면에 직접적으로 접촉, 또는 이 표면에 접(밀착)하여 설치된 다른 절연체(공기 등의 기체 이외의 절연체)를 개재시킨 상태에서 간접적으로 접촉시킬 수 있는 형상으로 구성되어 있다. 이 경우, 검출 전극(11)은, 절연체(51)의 표면에 밀착에 의해 가까운 상태에서 접촉시키는 것이 바람직하다. 이 때문에, 예를 들면, 절연체(51)의 표면이 평면상일 때는, 이에 대응하여, 절연체(51)의 표면과의 접촉면이 평면상으로 형성된 형상으로 구성되고, 절연체(51)의 표면이 원통형일 때에는, 이에 대응하여, 절연체(51)의 표면과의 접촉면이 오목면상으로 형성된 형상으로 구성되어 있다.
발진 회로(12)는, 예를 들면, 수십 kHz~수 MHz 정도의 일정한 주파수(소정 주파수)의 구동 신호(S1)를 생성하여 출력한다. 이 경우, 발진 회로(12)는, 이 구동 신호(S1)를 작동 중에 있어서 연속적으로 출력하는 구성을 채용할 수도 있고, 일정 시간씩 단속하여 주기적으로 출력하는 구성을 채용할 수도 있고, 측정시에만 단발적으로 일정 시간만큼 출력하는 구성을 채용할 수도 있다. 또한, 발진 회로(12)는, 예를 들면, 구형파 신호, 삼각파 신호 및 정현파 신호 등의 어느 하나의 신호를 구동 신호(S1)로서 출력한다. 또한, 발진 회로(12)는, 상기와 같이 일정한 주파수로 구동 신호(S1)를 생성하여 출력하는 구성을 대신하여, 예를 들면, 미리 규정된 하한 주파수 및 상한 주파수의 범위 내에서 주파수가 시간과 함께 변화하는 스위프 신호로서 구동 신호 S1를 생성하여 출력하는 구성이나, 주파수가 시간과 함께 랜덤으로 변화하는 랜덤 신호(노이즈 신호)로서 구동 신호 S1를 생성하여 출력하는 구성을 채용할 수도 있다.
진동체(13)는, 발진 회로(12)로부터의 구동 신호 S1으로 구동되고, 일예로서, 구동 신호 S1의 주파수와 동일한 진동 주파수(본 예에서는 소정 주파수)로 진동하고, 접촉된 부재(본 예에서는 절연체)에 기계적 진동을 전달한다. 이 진동체(13)는, 예를 들면, 초음파 진동자, 압전 진동자, 세라믹 진동자, 전자 유도형 진동자, 자왜(磁歪) 진동자 또는 회전자를 이용한 진동자 등으로 구성할 수 있다.
전류 전압 변환 회로(14)는, 일예로서, 연산 증폭기(14a) 및 궤환 회로로서의 궤환 저항(14b)을 구비하여 구성되어 있다. 연산 증폭기(14a)는, 비반전 입력 단자(제1의 입력 단자)가 기준 전위(그라운드)에 접속되어 기준 전압(제로 볼트)으로 규정되고, 반전 입력 단자(제2의 입력 단자)가 검출 전극(11)에 접속되고, 또한 반전 입력 단자와 출력 단자의 사이에 궤환 저항(14b)이 접속되어 있다. 또한, 본 예에서는 일예로서, 1개의 궤환 저항(14b)으로 궤환 회로를 구성하고 있는데, 복수 저항의 직렬 회로 또는 병렬 회로나, 직렬 회로 및 병렬 회로를 조합한 직병렬 회로로 궤환 회로를 구성할 수도 있다.
이 전류 전압 변환 회로(14)는, 후술하는 바와 같이 하여, 진동체(13)로부터의 진동에 의해서 검출 대상(52)과 검출 전극(11)의 사이에 위치하는 절연체(51)의 정전 용량의 용량치가 변화하고 있을 때, 검출 대상(52)의 전압 V1과 검출 전극(11)의 전압(연산 증폭기(14a)의 각 입력 단자간이 버추얼 숏 상태이므로, 기준 전압)과의 전위차 Vdi(본 예에서는 기준 전압은 제로 볼트이므로, 전압 V1)에 기인하여, 이 전위차 Vdi의 크기에 따른 전류치(진폭)로 검출 대상(52)으로부터 검출 전극(11)을 경유하여 기준 전위에 흐르는 검출 전류(I)를 검출 전압 신호 V2로 변환하여 출력한다. 즉, 이 전류 전압 변환 회로(14)에서는, 검출 대상(52)의 전압 V1과, 검출 전극(11)의 전압(기준 전압) 사이의 전위차에 따라 진폭이 변조된 진동체(13)의 진동에 동기하는 검출 전류(I)를 검출 전압 신호 V2로 변환한다.
이 경우, 검출 전류 I는, 진동체(13)의 진동 주파수로 절연체(51)의 정전 용량의 용량치가 변화하는 것에 기인하여 발생하므로, 진동 주파수와 동일한 주파수의 교류 신호이며, 그 진폭이 상기한 전위차 Vdi(본 예에서는 전압 V1)에 따른 레벨로 변조된 교류 신호로서 발생한다. 이 때문에, 검출 전압 신호 V2도 또한, 진동 주파수와 동일한 주파수의 교류 신호이며, 그 진폭이 전위차 Vdi(본 예에서는 전압 V1)에 따른 레벨로 변조된 교류 신호로서 전류 전압 변환 회로(14)로부터 출력된다.
또한, 전류 전압 변환 회로(14)는, 일예로서 상기한 것처럼, 연산 증폭기(14a) 및 궤환 저항(14b)을 가지는 구성으로서, 일반적으로 그 진폭이 매우 작은(미약한) 검출 전류(I)를 감도좋게 검출하여 검출 전압 신호 V2로 변환할 수 있도록 하고 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 보다 간단하고 쉬운 구성으로 전류 전압 변환 회로(14)를 실현하는 것이 바람직한 경우에는, 상기의 구성을 대신하여, 도시는 하지 않지만, 검출 전극(11)에 일단이 접속됨과 더불어 타단이 기준 전위(그라운드)에 접속된 저항을 가지는 구성을 채용할 수도 있다. 이 구성의 전류 전압 변환 회로(14)에서는, 이 저항이, 검출 대상(52)으로부터 검출 전극(11)을 경유하여 기준 전위(기준 전압)에 흐르는 검출 전류(I)를 검출 전압 신호 V2로 변환한다. 그리고, 이 저항의 일단에 있어서 변환된 검출 전압 신호 V2가, 후술하는 버퍼 앰프(15)에 출력된다.
버퍼 앰프(15)는, 고입력 임피던스, 또한 저출력 임피던스의 앰프로 구성되고, 전류 전압 변환 회로(14)로부터 출력되는 검출 전압 신호 V2를 입력하여 저임피던스로 출력한다. 검파 회로(16)는, 일예로서 동기 검파 회로로 구성되고, 버퍼 앰프(15)로부터 입력된 검출 전압 신호 V2를, 위상 조정 회로(17)로부터 입력한 동기 신호 S2로 동기 검파함으로써, 검출 전압 신호 V2의 진폭 성분(직류 성분)을 검출(추출)하여, 검파 출력(전압 신호) V3로서 출력한다. 이 검파 회로(16)는, 곱셈기, 아날로그 스위치로 구성된 전환 스위치(멀티플렉서), 및 상관기 중 어느 하나로 구성되어 있다. 또한, 검파 회로(16)는, 포락선 검파 회로로 구성할 수도 있고, 이 구성을 채용했을 때에는, 동기 신호 S2가 불필요해지므로, 위상 조정 회로(17)를 생략할 수 있다.
위상 조정 회로(17)는, 발진 회로(12)로부터의 구동 신호 S1를 입력함과 더불어 지연시켜 동기 신호 S2로서 출력한다. 위상 조정 회로(17)는, 이 구동 신호 S1에 대한 동기 신호 S2의 지연량을 조정하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 또한, 이 지연량은, 검파 회로(16)에 입력되는 교류 신호로서의 검출 전압 신호 V2의 위상과, 동기 신호 S2의 위상이 일치하듯이 미리 조정되어 있다.
출력 회로(18)는, 예를 들면, 검파 출력 V3의 전압치를 검출하여 표시하는 전압계나, 검파 출력 V3를 입력하여 저임피던스로 출력하는 버퍼 회로나, 검파 출력 V3를 A/D 변환하여 그 전압치를 나타내는 전압 데이터를 출력하는 A/D 변환기 등으로 구성되어 있다.
이어서, 전압 검출 장치(1)에 의한 검출 대상(52)의 전압 V1에 대한 검출 동작에 대하여 설명한다. 또한, 전압 V1은, 직류 전압이어도 되고, 교류 전압이어도 된다. 본 예에서는 일예로서, 전압 V1는 직류 전압인 것으로 한다.
우선, 도 1에 도시하는 바와 같이, 검출 대상(52)을 피복하는 절연체(51)의 표면에 검출 전극(11) 및 진동체(13)를 접촉(밀착)시킨다. 이 때에는, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 절연체(51)에 있어서의 검출 대상(52)과의 접촉면에 대한 배면측의 표면에, 검출 전극(11) 및 진동체(13)의 쌍방을 이격시켜 접촉시켜도 되고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 절연체(51)의 표면에 접촉시킨 검출 전극(11)에 진동체(13)를 접촉(밀착)시켜도 된다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 검출 전극(11)에 진동체(13)를 접촉시키는 구성을 채용했을 때에는, 진동체(13)에 있어서 발생하는 전기 신호의 검출 전극(11)에의 영향을 경감시키기 위해, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 검출 전극(11)과 진동체(13)의 사이에 쉴드 시트(예를 들면, 전계나 자계를 쉴드하는 시트)(53)를 개재시키는 구성이 바람직하다. 또한, 이들 부재간(절연체(51)와 검출 전극(11)의 사이, 절연체(51)와 진동체(13)의 사이, 검출 전극(11)(또는 쉴드 시트(53))과 진동체(13)의 사이)의 밀착성을 향상시키기 위해, 부재간에 다른 절연체(예를 들면, 절연 시트나 겔상의 절연체)를 개재시켜도 된다.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 검출 대상(52)의 외주가 전역에 걸쳐 절연체(51)에 덮여 있는 구성일 때에는, 절연체(51)에 있어서의 검출 전극(11)을 접촉시킨 표면의 배면측에 진동체(13)를 접촉시키도록 할 수도 있다.
이 상태에 있어서, 발진 회로(12)로부터 구동 신호 S1가 출력되면, 진동체(13)는, 이 구동 신호 S1로 구동되어 진동한다. 또한, 위상 조정 회로(17)는, 이 구동 신호 S1를 입력함과 더불어 지연시킴으로써, 동기 신호 S2를 출력한다.
이 진동체(13)의 진동(기계적 진동)은 진동체(13)와 접촉하고 있는 절연체(51)에 전해지므로, 절연체(51)도, 진동체(13)의 진동 주파수와 동일한 주파수로 진동한다. 이 경우, 검출 대상(52)과 검출 전극(11) 사이의 거리 또는 밀도(절연체(51)의 밀도)가 진동체(13)의 진동 주파수와 동일한 주파수로 변화하기 때문에, 검출 대상(52)과 검출 전극(11)의 사이에 위치하는 절연체(51)의 정전 용량의 용량치도 이 진동 주파수와 동일한 주파수로 변화한다. 또한, 이 정전 용량의 용량치가 변화함에 따라, 진폭이 전위차 Vdi(전압 V1)에 따른 레벨로 변조되고, 또한 진동 주파수와 동일한 주파수의 교류 신호인 검출 전류(I)가, 검출 대상(52), 검출 전극(11) 및 전류 전압 변환 회로(14)의 궤환 저항(14b)을 포함하는 경로에 흐른다.
전류 전압 변환 회로(14)는, 이 검출 전류(I)를 검출 전압 신호 V2로 변환하여 출력하고, 버퍼 앰프(15)가, 전류 전압 변환 회로(14)로부터 출력되는 이 검출 전압 신호 V2를 입력하여 저임피던스로 출력한다. 검파 회로(16)는, 버퍼 앰프(15)로부터 출력되는 이 검출 전압 신호 V2를, 위상 조정 회로(17)로부터 출력되는 동기 신호 S2로 동기 검파함으로써, 검출 전압 신호 V2의 진폭 성분(직류 성분)을 외란의 영향이 적은 상태로 검출하여 검파 출력(전압 신호) V3로서 출력 회로(18)에 출력한다. 이 경우, 검파 출력 V3로서 검출된 검출 전압 신호 V2의 진폭 성분(직류 성분)은, 상기한 전위차 Vdi(본 예에서는 전압 V1)에 따라, 그 레벨이 변화한다.
출력 회로(18)는, 이 검파 출력(전압 신호) V3를 입력하고, 예를 들면, 아날로그 전압계로 구성되어 있을 때는, 검파 출력 V3의 전압치(전위차 Vdi(전압 V1)와 비례하는 전압치)에 의거하여, 전위차 Vdi(전압 V1)의 전압치를 나타내는 수치까지 지침을 이동시킴으로써, 전위차 Vdi(전압 V1)의 전압치를 볼 수 있는 상태로 출력한다. 또한, 출력 회로(18)는, 예를 들면, 버퍼 회로로 구성되어 있을 때는, 검파 출력 V3를 입력하여 저임피던스로 외부로 출력한다(외부의 계측기 등에 대하여, 검파 출력 V3에 의거하여, 전위차 Vdi(전압 V1)의 전압치를 검출할 수 있도록 출력한다). 또한, 출력 회로(18)는, 예를 들면, A/D 변환기로 구성되어 있을 때는, 검파 출력 V3를 입력하여 그 전압치를 나타내는 전압 데이터(전위차 Vdi(전압 V1)의 전압치를 나타내는 전압 데이터이기도 하다)를, 내부에 설치된 처리부(도시하지 않음)나 외부의 처리 장치에 출력한다.
이와 같이, 이 전압 검출 장치(1)에서는, 검출 전극(11)을 접촉시킨 절연체(51)를 진동체(13)로 진동시킴으로써, 검출 전류(I)를 발생시키고, 이 검출 전류(I)에 의거하여, 검출 대상(52)의 전압 V1를 검출한다. 따라서, 이 전압 검출 장치(1)에 의하면, 검출 대상(52)과 검출 전극(11) 사이에 절연체(51)가 존재하는 경우에도, 검출 대상(52)의 전압 V1를 비접촉으로(검출 전극(11)을 검출 대상(52)에 직접 접촉시키지 않고) 검출할 수 있다.
또한, 이 전압 검출 장치(1)에 의하면, 검파 회로(16)가 검출 전압 신호 V2를 동기 신호 S2로 동기 검파하여 검파 출력 V3를 출력함으로써, 외란의 영향이 적은 상태에서 검파 출력 V3를 검출하여 출력할 수 있다.
또한, 이 전압 검출 장치(1)에 의하면, 전류 전압 변환 회로(14)를, 연산 증폭기(14a) 및 궤환 저항(14b)을 가지는 구성으로 함으로써, 검출 전류(I)를 감도좋게 검출하여 검출 전압 신호 V2로 변환할 수 있다.
또한, 상기의 예에서는, 검출 대상(52)을 피복하고 있는 절연체(51)에 검출 전극(11)을 직접 접촉시키는 구성을 채용하고 있는데, 상기한 것처럼, 절연체(51)는 다층 구조여도 되는 것에 주목하여, 도 4에 도시하는 바와 같이, 전압 검출 장치(1)를 절연 재료로 형성된 케이스(21) 내에 수납(설치)하고, 검출 전극(11) 및 진동체(13)를 노출시키지 않는 구성을 채용할 수도 있다. 이 구성에서는, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 케이스(21)를 구성하는 복수의 벽부 중의 외면이 절연체(51)와 접촉되는 다른 절연체로서의 벽부(21a)의 내면에 검출 전극(11)을 설치한다. 또한, 진동체(13)에 대해서는, 그 진동을 케이스(21)를 통하여 절연체(51)에 전할 수 있는 한, 케이스(21)를 구성하는 어떠한 벽부에 설치해도 되지만, 검출 전극(11)과 함께 공통의 벽부(21a)에 배치함으로써, 그 진동을 가장 효율적으로 절연체(51)에 전하는 것이 가능해진다. 또한, 이 도 4에서는, 검출 전극(11) 및 진동체(13) 이외의 구성 요소에 대해서는 도시를 생략하고 있다.
이와 같이, 전압 검출 장치(1)를 절연 재료로 형성된 케이스(21) 내에 수납(설치)하고, 검출 전극(11) 및 진동체(13)를 노출시키지 않는 구성으로 함으로써, 검출 전극(11) 및 진동체(13)를 개별적으로 절연체(51)에 접촉시키는 수고를 덜 수 있으므로, 전압 V1의 검출 작업을 보다 효율적으로 실시할 수 있다.
또한, 상기한 것처럼, 전압 검출 장치(1)를 절연 재료로 형성된 케이스(21) 내에 수납하는 구성을 채용했을 때에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 케이스(21)에 쉴드 부재(예를 들면, 케이스(21)의 내면으로의 쉴드 부재(54)나, 케이스(21)의 외면으로의 쉴드 부재(55))를 설치하는 구성을 채용할 수도 있다. 이 경우, 검출 전극(11)과 검출 대상(52)의 사이에 쉴드 부재가 개재하지 않도록 한다. 또한, 도 4에 있어서, 케이스(21)에 있어서의 검출 전극(11)과 진동체(13)가 배치되는 벽부(절연체(51)에 접촉되는 상벽)만을 절연 재료로 하고, 쉴드 부재(54)나 쉴드 부재(55)가 배치되는 벽부(측벽 및 하벽)를 쉴드재로 구성하여, 이 벽부 자체를 쉴드 부재로 하는 구성을 채용할 수도 있다. 또한, 이 쉴드 부재는, 전압 검출 장치(1)를 구성하는 상기의 각 회로(검출 전극(11), 발진 회로(12), 진동체(13), 전류 전압 변환 회로(14), 버퍼 앰프(15), 검파 회로(16), 위상 조정 회로(17) 및 출력 회로(18))의 기준 전위(도 1에 나타나는 연산 증폭기(14a)의 비반전 입력 단자가 접속된 기준 전위)에 전기적으로 접속된다.
이 구성에 의하면, 이 쉴드 부재에 의해서 전압 검출 장치(1)가 덮이므로, 전압 검출 전극(11)과 진동체(13)가 배치되는 벽부(절연체(51)에 접촉되는 상벽)만을 절연 재료로 하여, 쉴드 부재(54)나 쉴드 부재(55)가 배치되는 벽부(측벽 및 하벽)를 쉴드재로 구성하고, 이 벽부 자체를 쉴드 부재로 하는 구성을 채용할 수도 있다. 또한, 이 쉴드 부재는, 전압 검출 장치(1)를 구성하는 상기의 각 회로(검출 전극(11), 발진 회로(12), 진동체(13), 전류 전압 변환 회로(14), 버퍼 앰프(15), 검파 회로(16), 위상 조정 회로(17) 및 출력 회로(18))의 기준 전위(도 1에 도시되는 연산 증폭기(14a)의 비반전 입력 단자가 접속된 기준 전위)에 전기적으로 접속된다.
이 구성에 의하면, 이 쉴드 부재에 의해서 전압 검출 장치(1)가 덮이므로, 전압 검출 장치(1)를 구성하는 상기의 각 회로(검출 전극(11), 발진 회로(12), 진동체(13), 전류 전압 변환 회로(14), 버퍼 앰프(15), 검파 회로(16), 위상 조정 회로(17) 및 출력 회로(18))에의 외란(외부 자계나 외부 전계 등)의 영향을 저감할 수 있으므로, 외란의 영향이 한층 적은 상태에서 검파 출력 V3를 검출하여 출력하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 전압 검출 장치의 다른 실시의 형태에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 상기한 실시의 형태와 동일한 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명한다.
최초에, 전압 검출 장치의 구성에 대하여, 도면을 참조해 설명한다.
도 5에 도시하는 전압 검출 장치로서의 전압 검출 장치(101)는, 비접촉형의 전압 검출 장치이며, 일예로서, 검출 전극(111), 발진 회로(112), 초음파 여기부(113), 전류 전압 변환 회로(114), 버퍼 앰프(115), 검파 회로(116), 위상 조정 회로(117) 및 출력 회로(118)를 구비하고, 절연체(151)로 피복된 검출 대상(152)에 발생하는 전압(검출 대상 전압)(V1)을 비접촉으로 검출 가능하게 구성되어 있다.
이 경우, 검출 대상(152)은, 도전체이며, 도 5, 7에 도시하는 바와 같이, 그 표면에 있어서의 일부 부위가 절연체(151)로 피복되어 있어도 되고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 표면 전역이 절연체(151)로 피복되어 있어도 된다(예를 들면, 검출 대상(152)은, 외주면 전역이 절연 피복으로 덮인 피복 전선의 심선이어도 된다). 또한, 절연체(151)는, 1종류의 절연 재료로 구성된 단층 구조여도 되고, 각각 상이한 종류의 절연 재료로 구성된 복수의 층이 적층되어 이루어지는 다층 구조여도 된다.
검출 전극(111)은, 후술하는 구성에 의해, 검출 대상(152)을 피복하는 절연체(151)의 표면에 직접적으로 접촉 가능하게 배치되어 있다.
발진 회로(112)는, 예를 들면, 수십 kHz(가청역을 넘는 주파수)~수MHz 정도의 일정한 주파수(소정 주파수)의 기준 신호 S11를 생성하여 출력한다. 이 경우, 발진 회로(112)는, 이 기준 신호 S11를 작동 중에 있어서 연속적으로 출력하는 구성을 채용할 수도 있고, 일정 시간씩 단속하여 주기적으로 출력하는 구성을 채용할 수도 있고, 측정시에만 단발적으로 일정시간만큼 출력하는 구성을 채용할 수도 있다. 또한, 발진 회로(112)는, 예를 들면, 구형파 신호, 삼각파 신호 및 정현파 신호 등의 어느 하나의 신호를 기준 신호 S11로서 출력한다. 또한, 발진 회로(112)는, 상기와 같이 일정한 주파수로 기준 신호 S11를 생성하여 출력하는 구성을 대신하여, 예를 들면, 미리 규정된 하한 주파수 및 상한 주파수의 범위 내에서 주파수가 시간과 함께 변화하는 스위프 신호로서 기준 신호 S11를 생성하여 출력하는 구성이나, 주파수가 시간과 함께 랜덤으로 변화하는 랜덤 신호(노이즈 신호)로서 기준 신호 S11를 생성하여 출력하는 구성을 채용할 수도 있다.
초음파 여기부(113)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 검출 대상(152)에 정자계 M를 인가하면서, 검출 대상(152)에 있어서의 정자계 M의 인가 부위에 와전류 Ied를 발생시킴으로써, 이 인가 부위의 표면에 대하여 교차하는 방향(깊이 방향)으로 진동하는 초음파 US를 검출 대상(152)의 내부에 여기시킨다. 본 예에서는 일예로서, 초음파 여기부(113)는, 도 6, 7에 도시하는 바와 같이, 정자계 M을 발생시켜 검출 대상(152)에 인가함으로써 이 검출 대상(152)에 있어서의 인가 부위의 내부에 인가 부위의 표면에 따른 정자계 M을 발생시키는 자석(121)과, 기준 신호 S11에 의거하여 기준 신호 S11와 동일한 주파수의 교류 전류 Iac를 생성하는 전류원 회로(122)와, 전류원 회로(122)로부터 교류 전류 Iac의 공급을 받아 검출 대상(152)에 있어서의 상기의 인가 부위(인가 부위의 표면)에 와전류 Ied를 발생시키는 코일(123)을 구비하고 있다.
본 예에서 자석(121)은, 각각 기둥형상체(원주체나, 사각기둥체 등의 다각 기둥체 등. 본 예에서는 일예로서 사각기둥체)로 형성되고, 자극으로서의 양 단부가 각각 이극에 착자된 3개의 자석(본 예에서는 일예로서 영구 자석)(121a, 121b, 121c)(제2 자석으로서의 자석(121a), 제1 자석으로서의 자석(121b), 제3 자석으로서의 자석(121c))을 구비하고 있다. 이 자석(121a, 121b, 121c)은, 절연체(124)를 개재시킨 상태에서 일렬로 늘어서 배치되어 있다. 또한, 각 자석(121a, 121b, 121c)의 동일한 한쪽측의 단부(한쪽 단부. 도 5 중의 상단부이며, 상기의 인가 부위측의 단부)의 극성은, 중앙의 자석(121b)의 극성(본 예에서는 일예로서 N극)이 다른 2개의 자석(양측의 자석)(121a, 121c)의 극성(본 예에서는 일예로서 S극)과 상이하도록 구성되어 있다.
또한, 각 자석(121a, 121b, 121c)은, 영구 자석을 대신해 전자석으로 구성할 수도 있다. 또한, 별체로 형성된 2개의 자석(121a, 121c)을 중앙의 자석(121b)의 양측에 설치하는 구성(중앙의 자석(121b)을 사이에 끼우도록 하여 2개의 자석(121a, 121c)을 설치하는 구성)을 대신하여, 도시는 하지 않지만, 2개의 자석(121a, 121c) 중 한쪽만을 중앙의 자석(121b)의 한쪽 편에 설치하는 구성이나, 2개의 자석(121a, 121c)을 원통형의 1개의 자석으로서 형성하고, 이 원통형의 자석의 축선상에 자석(121b)을 배치하는 구성을 채용할 수도 있다.
또한, 본 예에서는 일예로서, 양측의 자석(121a, 121c)은, 각각 한쪽의 단부의 단면이 동일한 가상 평면(W) 내에 위치하도록 구성되어 있다. 또한, 중앙의 자석(121b) 및 그 양측에 위치하고 있는 절연체(124)는, 각각의 한쪽의 단부(동 도면 중의 상단부)의 단면이 가상 평면 W(양측의 자석(121a, 121c)에 있어서의 한쪽 단부의 단면)에 대하여 거의 동일한 길이만큼 들어가는 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의해, 양측의 자석(121a, 121c)의 각각의 한쪽의 단부간에는, 거의 일정한 깊이의 오목부(A)가 형성되어 있다.
코일(123)은, 일예로서 환상의 평면 코일로서 구성되고, 자석(121b)의 한쪽 단부의 근방에 설치되어 있다. 구체적으로는, 코일(123)은, 자석(121b)의 한쪽의 단부의 근방이며, 그 중심부(코일(123)의 중심에 형성된 구멍부)로부터 자석(121b)의 한쪽 단부의 단면이 들여다보이는 오목부(A) 내의 위치에, 또한 가상 평면(W)과 평행이 되도록 설치되어 있다.
또한, 본 예에서는 일예로서, 검출 전극(111)은, 중앙의 자석(121b)의 한쪽 단부의 단면 상에 절연체(125)를 개재시킨 상태로 설치되어 있다. 또한, 검출 전극(111)은, 오목부(A)의 깊이, 절연체(125)의 두께 및 검출 전극(111)의 두께 중 적어도 1개가 조정됨으로써, 그 표면(도 6, 7 중의 검출 전극(111)에 있어서의 상면)이 가상 평면(W) 내에 위치하는 상태, 또는 가상 평면(W)으로부터 약간 돌출되는 상태 중 어느 하나의 상태(본 예에서는 일예로서 전자의 상태)가 되도록 구성되어 있다.
이 구성에 의해, 전압 검출 장치(101)에서는, 초음파 여기부(113)를 각 자석(121a, 121b, 121c)의 한쪽의 단부측으로부터 절연체(151)에 접근하여 접촉시킴으로써, 검출 전극(111)을 절연체(151)의 표면에 직접적으로 접촉시키는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, 이 초음파 여기부(113)는, 절연체(151)에 대하여(즉, 검출 대상(152)의 인가 부위에 대하여), 각 자석(121a, 121b, 121c)을 세로로 한 상태로 배치하는 구성으로 되어 있다.
전류 전압 변환 회로(114)는, 일예로서, 연산 증폭기(114a) 및 궤환 회로로서의 궤환 저항(114b)을 구비하여 구성되어 있다. 연산 증폭기(114a)는, 비반전 입력 단자(제1의 입력 단자)가 기준 전위(그라운드)에 접속되어 기준 전압(제로 볼트)으로 규정되고, 반전 입력 단자(제2의 입력 단자)가 검출 전극(111)에 접속되고, 또한 반전 입력 단자와 출력 단자의 사이에 궤환 저항(114b)이 접속되어 있다. 또한, 본 예에서는 일예로서, 1개의 궤환 저항(114b)으로 궤환 회로를 구성하고 있는데, 복수의 저항의 직렬 회로 또는 병렬 회로나, 직렬 회로 및 병렬 회로를 조합한 직병렬 회로로 궤환 회로를 구성할 수도 있다.
이 전류 전압 변환 회로(114)는, 초음파 여기부(113)에 의해서 검출 대상(152) 내에 발생된 초음파(US)에 의거하여 검출 대상(152)에 발생하는 진동에 기인하여 검출 대상(152)과 검출 전극(111)의 사이에 위치하는 절연체(151)의 정전 용량의 용량치가 변화하고 있을 때, 검출 대상(152)의 전압 V1과 검출 전극(111)의 전압(연산 증폭기(114a)의 각 입력 단자간이 버추얼 숏 상태이므로, 기준 전압)의 전위차 Vdi(본 예에서는 기준 전압은 제로 볼트이므로, 전압 V1)에 기인하여, 이 전위차 Vdi의 크기에 따른 전류치(진폭)로 검출 대상(152)으로부터 검출 전극(111)을 경유하여 기준 전위에 흐르는 검출 전류(I)를 검출 전압 신호 V2로 변환하여 출력한다. 즉, 이 전류 전압 변환 회로(114)에서는, 검출 대상(152)의 전압 V1과, 검출 전극(111)의 전압(기준 전압) 사이의 전위차에 따라 진폭이 변조된 검출 전류 I(검출 대상(152)에 발생하는 진동에 동기하는 전류)를 검출 전압 신호 V2로 변환한다.
이 경우, 검출 전류(I)는, 검출 대상(152)에 발생하는 진동의 주파수(즉, 초음파 US의 주파수, 즉 교류 전류 Iac 및 기준 신호 S11의 각 주파수와 동일한 주파수. 이하에서는, 「진동 주파수」라고도 한다)로 절연체(151)의 정전 용량의 용량치가 변화하는 것에 기인하여 발생하므로, 진동 주파수와 동일한 주파수의 교류 신호이며, 그 진폭이 상기한 전위차 Vdi(본 예에서는 전압 V1)에 따른 레벨로 변조된 교류 신호로서 발생한다. 이 때문에, 검출 전압 신호 V2도 또한, 진동 주파수와 동일한 주파수의 교류 신호이며, 그 진폭이 전위차 Vdi(본 예에서는 전압 V1)에 따른 레벨로 변조된 교류 신호로서서 전류 전압 변환 회로(114)로부터 출력된다.
또한, 전류 전압 변환 회로(114)는, 일예로서 상기한 것처럼, 연산 증폭기(114a) 및 궤환 저항(114b)을 가지는 구성으로서, 일반적으로 그 진폭이 매우 작은(미약한) 검출 전류 I를 감도좋게 검출하여 검출 전압 신호 V2로 변환할 수 있도록 하고 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 보다 간단하고 쉬운 구성으로 전류 전압 변환 회로(114)를 실현하는 것이 요망되는 경우에는, 상기의 구성을 대신하여, 도시는 하지 않지만, 검출 전극(111)에 일단이 접속됨과 더불어 타단이 기준 전위(그라운드)에 접속된 저항을 가지는 구성을 채용할 수도 있다. 이 구성의 전류 전압 변환 회로(114)에서는, 이 저항이, 검출 대상(152)으로부터 검출 전극(111)을 경유하여 기준 전위(기준 전압)에 흐르는 검출 전류 I를 검출 전압 신호 V2로 변환한다. 그리고, 이 저항의 일단에 있어서 변환된 검출 전압 신호 V2가, 후술하는 버퍼 앰프(115)에 출력된다.
버퍼 앰프(115)는, 고입력 임피던스, 또한 저출력 임피던스의 앰프로 구성되고, 전류 전압 변환 회로(114)로부터 출력되는 검출 전압 신호 V2를 입력하여 저임피던스로 출력한다. 검파 회로(116)은, 일예로서 동기 검파 회로로 구성되고, 버퍼 앰프(115)로부터 입력한 검출 전압 신호 V2를, 위상 조정 회로(117)로부터 입력한 동기 신호 S2로 동기 검파함으로써, 검출 전압 신호 V2의 진폭 성분(직류 성분)을 검출(추출)하고, 검파 출력(전압 신호) V3로서 출력한다. 이 검파 회로(116)는, 곱셈기, 아날로그 스위치로 구성된 전환 스위치(멀티플렉서), 및 상관기 중 어느 하나로 구성되어 있다. 또한, 검파 회로(116)는, 포락선 검파 회로로 구성할 수도 있고, 이 구성을 채용했을 때에는, 동기 신호 S2가 불필요해지므로, 위상 조정 회로(117)를 생략할 수 있다.
위상 조정 회로(117)는, 발진 회로(112)로부터의 기준 신호 S11를 입력함과 더불어 지연시켜 동기 신호 S2로서 출력한다. 위상 조정 회로(117)는, 이 기준 신호 S11에 대한 동기 신호 S2의 지연량을 조정하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 이 지연량은, 검파 회로(116)에 입력되는 교류 신호로서의 검출 전압 신호 V2의 위상과, 동기 신호 S2의 위상이 일치하도록 미리 조정되어 있다.
출력 회로(118)는, 예를 들면, 검파 출력 V3의 전압치를 검출하여 표시하는 전압계나, 검파 출력 V3를 입력하여 저임피던스로 출력하는 버퍼 회로나, 검파 출력 V3를 A/D 변환하여 그 전압치를 나타내는 전압 데이터를 출력하는 A/D 변환기 등으로 구성되어 있다.
다음에, 전압 검출 장치(101)에 의한 검출 대상(152)의 전압 V1에 대한 검출 동작에 대하여 설명한다. 또한, 전압 V1은, 직류 전압이어도 되고, 교류 전압이어도 된다. 본 예에서는 일예로서, 전압 V1는 직류 전압인 것으로 한다.
우선, 도 5, 7에 도시하는 바와 같이, 검출 대상(152)을 피복하는 절연체(151)의 표면에 초음파 여기부(113)를 구성하는 각 자석(121a, 121c)의 한쪽 단부의 단면을 접촉(밀착)시킴으로써, 이들 단면과 동일한 가상 평면(W) 내에 위치하고 있는 검출 전극(111)을 절연체(151)의 표면에 접촉(밀착)시킨다. 이 때에는, 절연체(151)와 검출 전극(111)의 사이의 밀착성을 향상시키기 위해, 이들 부재간에 다른 절연체(예를 들면, 절연 시트나 겔상의 절연체)를 개재시켜도 된다.
이에 따라, 도 7에 도시하는 바와 같이, 자석(121a, 121b, 121c) 중 한쌍의 자석(121a, 121b)의 각 한쪽의 단부간(서로 상이한 극성에 착자된 단부간)에 발생하는 정자계(M), 및 다른 한쌍의 자석(121b, 121c)의 각 한쪽의 단부간(서로 상이한 극성에 착자된 단부간)에 발생하는 정자계(M)가 절연체(151)를 통하여 검출 대상(152)의 인가 부위에 인가된다. 이 경우, 한쌍의 자석(121a, 121b)의 각 한쪽의 단부끼리 절연체(151)의 표면을 따라서(「검출 대상(152)의 표면을 따라서」이기도 하다) 이격하여 배치되고, 또한 한쌍의 자석(121b, 121c)의 각 한쪽 단부끼리도 절연체(151)의 표면을 따라서(「검출 대상(152)의 표면을 따라서」이기도 하다) 이격하여 배치되는 구성이므로, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 검출 대상(152)에 있어서의 인가 부위의 내부에서의 정자계(M)는, 이 인가 부위의 표면에 따른 방향에서 발생한다.
또한, 이 초음파 여기부(113)에서는, 자석(121b)에 대하여, 한쌍의 단부의 극성이 이 자석(121b)의 한쪽 단부의 극성과 상이한 자석(121a, 121c)(자석(121b)과는 별체의 자석)이, 각각의 한쪽의 단부끼리 근접하도록 배치되어 있기 때문에, 강한 정자계(M)를 검출 대상(152)의 내부에 발생시키는 것이 가능하게 되어 있다.
이 상태에 있어서, 발진 회로(112)로부터 기준 신호(S11)가 출력되면, 초음파 여기부(113)에서는, 전류원 회로(122)가, 기준 신호(S11)에 의거해 교류 전류(Iac)를 생성하여 코일(123)에 공급한다. 코일(123)은, 이 교류 전류(Iac)의 공급을 받아, 도시하지 않은 교번 자계를 발생시킨다. 코일(123)은 상기한 것처럼 양측의 자석(121a, 121c)의 한쪽 단부간에 형성되어 있는 오목부(A) 내에, 가상 평면(W)과 평행한 상태로 설치되어 있다. 이 때문에, 코일(123)에 발생하고 있는 교번 자계는, 검출 대상(152)에 있어서의 정자계(M)의 인가 부위의 표면에 인가된다. 이 교번 자계에 의해, 검출 대상(152)에 있어서의 이 인가 부위의 표면에는, 와전류(Ied)가 발생한다.
이와 같이 하여, 이 검출 대상(152)에 있어서의 정자계(M)의 인가 부위(검출 대상(152)의 표면에 따른 방향으로 정자계(M)가 발생하는 부위)의 표면에 와전류(Ied)가 발생하므로, 이 정자계(M)와 와전류(Ied)에 의거하여, 색깔없는 화살표로 표시하는 바와 같이, 검출 대상(152)의 이 인가 부위의 표면에 대하여 교차하는 방향(검출 대상(152)의 깊이 방향. 즉, 이 인가 부위의 표면에 대하여 직교하는 방향)을 따라서 로렌츠력(F)이 발생한다. 이 로렌츠력(F)의 방향은 교류 전류(Iac)의 반주기마다 역전하므로, 검출 대상(152)의 내부에는, 이 로렌츠력(F)에 의거하여, 이 인가 부위의 표면에 대하여 교차하는 방향(검출 대상(152)의 깊이 방향)을 따라서, 교류 전류(Iac)와 동일한 주파수의 초음파(US)가 여기된다. 또한, 이 초음파(US)의 발생에 기인하여, 검출 대상(152)에는, 인가 부위의 표면에 대하여 교차하는 방향(검출 대상(152)의 깊이 방향)의 진동이 교류 전류(Iac)와 동일한 주파수로 발생한다.
이 진동(기계적 진동)은 검출 대상(152)과 접촉하고 있는 절연체(151)에 전달되므로, 절연체(151)도, 검출 대상(152)과 동일한 주파수(진동 주파수)로 진동한다. 이 경우, 검출 대상(152)과 검출 전극(111) 사이의 거리 또는 밀도(절연체(151)의 밀도)가 절연체(151)의 진동 주파수(검출 대상(152)의 진동 주파수이기도 하다)와 동일한 주파수로 변화하기 때문에, 검출 대상(152)과 검출 전극(111)의 사이에 위치하는 절연체(151)의 정전 용량의 용량치도 이 진동 주파수와 동일한 주파수로 변화한다. 또한, 이 정전 용량의 용량치가 변화하는데 따라, 진폭이 전위차 Vdi(전압 V1)에 따른 레벨로 변조되고, 또한, 진동 주파수와 동일한 주파수의 교류 신호인 검출 전류(I)가, 검출 대상(152), 검출 전극(111) 및 전류 전압 변환 회로(114)의 궤환 저항(114b)을 포함하는 경로에 흐른다.
전류 전압 변환 회로(114)는, 이 검출 전류(I)를 검출 전압 신호(V2)로 변환하여 출력하고, 버퍼 앰프(115)가, 전류 전압 변환 회로(114)로부터 출력되는 이 검출 전압 신호(V2)를 입력하여 저임피던스로 출력한다. 한편, 위상 조정 회로(117)는, 기준 신호(S11)를 입력함과 더불어 지연시킴으로써, 동기 신호 S2를 검파 회로(116)에 출력하고 있다.
검파 회로(116)는, 버퍼 앰프(115)로부터 출력되는 이 검출 전압 신호 V2를, 위상 조정 회로(117)로부터 출력되는 동기 신호 S2로 동기 검파함으로써, 검출 전압 신호 V2의 진폭 성분(직류 성분)을 외란의 영향이 적은 상태에서 검출하여 검파 출력(전압 신호) V3로서 출력 회로(118)에 출력한다. 이 경우, 검파 출력 V3로서 검출된 검출 전압 신호 V2의 진폭 성분(직류 성분)은, 상기한 전위차 Vdi(본 예에서는 전압 V1)에 따라, 그 레벨이 변화한다.
출력 회로(118)는, 이 검파 출력(전압 신호) V3를 입력하고, 예를 들면, 아날로그 전압계로 구성되어 있을 때는, 검파 출력 V3의 전압치(전위차 Vdi(전압 V1)와 비례하는 전압치)에 의거하여, 전위차 Vdi(전압 V1)의 전압치를 나타내는 수치까지 지침을 이동시킴으로써, 전위차 Vdi(전압 V1)의 전압치를 볼 수 있는 상태로 출력한다. 또한, 출력 회로(118)는, 예를 들면, 버퍼 회로로 구성되어 있을 때는, 검파 출력 V3를 입력하여 저임피던스로 외부에 출력한다(외부의 계측기 등에 대하여, 검파 출력 V3에 의거하여, 전위차 Vdi(전압 V1)의 전압치를 검출할 수 있도록 출력한다). 또한, 출력 회로(118)는, 예를 들면, A/D 변환기로 구성되어 있을 때는, 검파 출력 V3를 입력하여 그 전압치를 나타내는 전압 데이터(전위차 Vdi(전압 V1)의 전압치를 나타내는 전압 데이터이기도 하다)를, 내부에 설치된 처리부(도시하지 않음)나 외부의 처리 장치에 출력한다.
이와 같이, 이 전압 검출 장치(101)에서는, 초음파 여기부(113)가 검출 대상(152)의 내부에 초음파(US)를 여기시킴으로써 검출 대상(152)에 진동을 발생시키고, 이 발생시킨 진동으로 검출 전극(111)을 접촉시킨 절연체(151)를 진동시킴으로써, 검출 전류(I)를 발생시킴과 더불어, 이 검출 전류(I)에 의거하여 검출 대상(152)의 전압 V1를 검출한다. 따라서, 이 전압 검출 장치(101)에 의하면, 검출 대상(152)과 검출 전극(111)의 사이에 절연체(151)가 존재하는 경우에도, 검출 대상(152)의 전압 V1를 비접촉으로(검출 전극(111)을 검출 대상(152)에 직접 접촉시키지 않고) 검출할 수 있다.
또한, 이 전압 검출 장치(101)에서는, 초음파 여기부(113)가, 검출 대상(152)에 있어서의 정자계(M)의 인가 부위의 내부에 이 인가 부위의 표면에 따른 정자계(M)를 발생시키는 자석(121)과, 공급되는 교류 전류(Iac)에 의거하여 검출 대상(152)에 와전류(Ied)를 발생시키는 코일(123)을 구비하고, 이 인가 부위의 표면에 대하여 직교하는 방향(검출 대상(152)의 깊이 방향)으로 진동하는 초음파(US)를 검출 대상(152) 내에 여기시킨다. 따라서, 이 전압 검출 장치(101)에 의하면, 절연체(151)의 정전 용량의 용량치를 가장 효율적으로 변화시킬 수 있는 방향의 진동을 검출 대상(152) 및 절연체(151)에 발생시킬 수 있으므로, 검출 대상(152)으로부터 검출 전극(111)을 경유하여 기준 전위에 흐르는 검출 전류(I)의 레벨을 높일 수 있는 결과, 검출 대상(152)의 전압 V1의 검출 감도를 충분히 높일 수 있다.
또한, 이 전압 검출 장치(101)에서는, 자석(121)이, 인가 부위측의 자극으로서의 한쪽 단부의 근방에 코일(123)이 설치된 중앙의 자석(121b)과, 각각의 인가 부위측의 자극으로서의 한쪽의 단부가 자석(121b)의 한쪽의 단부와는 상이한 극성에 착자됨과 더불어, 자석(121b)의 한쪽의 단부를 사이에 끼우도록 그 양측에 설치된 2개의 자석(121a, 121c)을 구비하고 있다.
따라서, 이 전압 검출 장치(101)에 의하면, 정자계(M)의 인가 부위에 있어서의 중앙 자석(121b)의 한쪽의 단부와의 대향 부위를 기준으로 하여, 이 대향 부위의 양측의 내부에 검출 대상(152)의 표면에 따른 정자계(M)를 발생시킬 수 있으므로, 이 대향 부위의 주위에 발생하는 와전류(Ied)에 대하여 보다 많이 정자계(M)를 작용시킬 수 있는 결과, 보다 강한 초음파(US), 나아가서는 보다 강한 진동을 검출 대상(152)의 내부에 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 이 전압 검출 장치(101)에 의하면, 검출 대상(152)으로부터 검출 전극(111)을 경유하여 기준 전위에 흐르는 검출 전류(I)의 레벨을 한층 높일 수 있는 결과, 검출 대상(152)의 전압 V1의 검출 감도를 한층 높일 수 있다.
또한, 이 전압 검출 장치(101)에 의하면, 검파 회로(116)가 검출 전압 신호 V2를 동기 신호 S2로 동기 검파하여 검파 출력 V3를 출력함으로써, 외란의 영향이 적은 상태에서 검파 출력 V3를 검출하여 출력할 수 있다.
또한, 이 전압 검출 장치(101)에 의하면, 전류 전압 변환 회로(114)를, 연산 증폭기(114a) 및 궤환 저항(114b)을 가지는 구성으로 함으로써, 검출 전류(I)를 감도좋게 검출하여 검출 전압 신호 V2로 변환할 수 있다.
또한, 상기의 예에서는, 양측의 자석(121a, 121c)의 각각의 한쪽의 단부간에 오목부(A)를 형성하고, 이 오목부(A) 내에 검출 전극(111)을 초음파 여기부(113)에 설치하는 (상기의 예에서는, 중앙 자석(121b)의 한쪽 단부의 단면상에 절연체(125)를 개재시킨 상태에서 설치한다) 구성을 채용하고 있는데, 도 8에 나타내는 초음파 여기부(113A)와 같이, 검출 전극(111)을 분리하는 구성을 채용할 수도 있다. 일예로서, 이 초음파 여기부(113A)에서는, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 자석(121b)의 한쪽 단부의 단면을 가상 평면(W) 내에 위치하도록 하여, 코일(123)의 중심에 형성된 구멍부 내에 자석(121b)의 이 한쪽의 단부를 진입시키는 구성(이 한쪽 단부의 외주에 코일(123)을 형성하는 구성)을 채용하고 있는데, 상기한 초음파 여기부(113)와 동일하게 하여, 자석(121b)의 한쪽의 단부를 가상 평면(W)으로부터 움푹 들어가게 하는 구성을 채용할 수도 있다. 또한, 상기의 초음파 여기부(113)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명을 생략한다.
이 구성을 채용함으로써, 도 8에 있어서 부호 X, Y로 표시하는 바와 같이, 절연체(151)의 표면에 있어서의 정자계(M)의 인가 부위와는 상이한 위치(위치 X는 인가 부위와 동일한 측의 위치, 위치 Y는 인가 부위와는 반대측의 위치)에 배치할 수 있다.
또한, 상기의 초음파 여기부(113, 113A)에서는, 검출 대상(152)의 인가 부위의 표면에 대하여, 자석(121)(자석(121a, 121b, 121c))을 세로로 한 상태로 배치하는 구성을 채용하고 있는데, 도 9에 나타내는 초음파 여기부(113B)와 같이, 자석(121)을 가로로 한 상태로 배치하는 구성을 채용할 수도 있다. 이 구성에서는, 검출 대상(152)에 있어서의 인가 부위의 내부에 발생시키는 정자계(M)의 힘이 상기의 초음파 여기부(113, 113A)와 비교해 약해지지만, 이 구성에 있어서도, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 이 인가 부위의 내부에 인가 부위의 표면에 따른 상태로 정자계(M)를 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 이 초음파 여기부(113B)에 있어서도, 초음파(US)를 검출 대상(152)의 깊이 방향을 따라서 발생시킬 수 있으므로, 검출 대상(152)을 깊이 방향(인가 부위의 표면과 교차하는 방향. 이 예에서는 직교하는 방향)을 따라서 진동시킬 수 있다.
1, 101 : 전압 검출 장치 11, 111 : 검출 전극
13 : 진동체 14, 114 : 전류 전압 변환 회로
14a, 114a : 연산 증폭기 14b, 114b : 궤환 저항
16, 116 : 검파 회로 21 : 케이스
51, 151 : 절연체 52, 152 : 검출 대상
54, 55 : 쉴드 부재 I : 검출 전류
Iac : 교류 전류 Ied : 와전류
M : 정자계 US : 초음파
V1 : 전압(검출 대상 전압) V2 : 검출 전압 신호
V3 : 검파 출력 Vdi : 전위차
113, 113A, 113B : 초음파 여기부 121, 121a~121c : 자석
123 : 코일

Claims (16)

  1. 절연체로 피복된 검출 대상에 발생한 검출 대상 전압을 검출하는 전압 검출 장치로서,
    상기 절연체에 직접적 또는 다른 절연체를 개재시킨 상태에서 간접적으로 접촉하여 설치된 검출 전극과,
    상기 검출 대상을 피복하는 상기 절연체를 진동시키는 진동체와,
    상기 검출 대상을 피복하는 상기 절연체가 진동되고 있는 상태에 있어서, 상기 검출 대상으로부터 상기 검출 전극을 경유하여 기준 전압으로 흐름과 더불어 상기 검출 대상 전압과 상기 기준 전압 사이의 전위차에 따라서 진폭이 변조된 상기 진동체의 진동에 동기하는 검출 전류를 검출 전압 신호로 변환하는 전류 전압 변환 회로와,
    상기 전위차를 나타내는 검파 출력을 상기 검출 전압 신호로부터 검출하는 검파 회로를 구비하고 있는, 전압 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 검파 회로는, 상기 검출 전압 신호에 동기한 동기 신호로 상기 검출 전압 신호를 동기 검파하여 상기 검파 출력을 검출하는, 전압 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 전압 변환 회로는, 제1의 입력 단자가 상기 기준 전압으로 규정되고, 제2의 입력 단자가 상기 검출 전극에 접속되고, 또한 상기 제2의 입력 단자와 출력 단자의 사이에 궤환 회로가 접속되고, 상기 궤환 회로에 흐르는 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 신호로 변환하는 연산 증폭기를 가지고 있는, 전압 검출 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전류 전압 변환 회로는, 제1의 입력 단자가 상기 기준 전압으로 규정되고, 제2의 입력 단자가 상기 검출 전극에 접속되고, 또한 상기 제2의 입력 단자와 출력 단자의 사이에 궤환 회로가 접속되고, 상기 궤환 회로에 흐르는 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 신호로 변환하는 연산 증폭기를 가지고 있는, 전압 검출 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    절연 재료로 형성됨과 더불어, 상기 검출 전극, 상기 진동체, 상기 전류 전압 변환 회로 및 상기 검파 회로가 내부에 설치된 케이스를 구비하고,
    상기 검출 전극은, 상기 케이스를 구성하는 복수의 벽부 중 외면이 상기 검출 대상을 피복하는 상기 절연체와 접촉되는 상기 다른 절연체로서의 벽부의 내면에 설치되고,
    상기 진동체는, 상기 복수의 벽부 중 어느 하나의 벽부의 내면에 고정되어 상기 케이스를 진동시키는, 전압 검출 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    절연 재료로 형성됨과 더불어, 상기 검출 전극, 상기 진동체, 상기 전류 전압 변환 회로 및 상기 검파 회로가 내부에 설치된 케이스를 구비하고,
    상기 검출 전극은, 상기 케이스를 구성하는 복수의 벽부 중 외면이 상기 검출 대상을 피복하는 상기 절연체와 접촉되는 상기 다른 절연체로서의 벽부의 내면에 설치되고,
    상기 진동체는, 상기 복수의 벽부 중 어느 하나의 벽부의 내면에 고정되어 상기 케이스를 진동시키는, 전압 검출 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    절연 재료로 형성됨과 더불어, 상기 검출 전극, 상기 진동체, 상기 전류 전압 변환 회로 및 상기 검파 회로가 내부에 설치된 케이스를 구비하고,
    상기 검출 전극은, 상기 케이스를 구성하는 복수의 벽부 중 외면이 상기 검출 대상을 피복하는 상기 절연체와 접촉되는 상기 다른 절연체로서의 벽부의 내면에 설치되고,
    상기 진동체는, 상기 복수의 벽부 중 어느 하나의 벽부의 내면에 고정되어 상기 케이스를 진동시키는, 전압 검출 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    절연 재료로 형성됨과 더불어, 상기 검출 전극, 상기 진동체, 상기 전류 전압 변환 회로 및 상기 검파 회로가 내부에 설치된 케이스를 구비하고,
    상기 검출 전극은, 상기 케이스를 구성하는 복수의 벽부 중 외면이 상기 검출 대상을 피복하는 상기 절연체와 접촉되는 상기 다른 절연체로서의 벽부의 내면에 설치되고,
    상기 진동체는, 상기 복수의 벽부 중 어느 하나의 벽부의 내면에 고정되어 상기 케이스를 진동시키는, 전압 검출 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출 전극, 상기 진동체, 상기 전류 전압 변환 회로 및 상기 검파 회로를 덮는 쉴드 부재를 구비하고 있는, 전압 검출 장치.
  10. 절연체로 피복된 검출 대상에 발생한 검출 대상 전압을 검출하는 전압 검출 장치로서,
    상기 절연체에 직접적 또는 다른 절연체를 개재시킨 상태에서 간접적으로 접촉하여 설치된 검출 전극과,
    상기 검출 대상에 정자계(靜磁界)를 인가하면서 상기 검출 대상에 있어서의 상기 정자계의 인가 부위에 와전류를 발생시킴으로써 상기 인가 부위의 표면에 대하여 교차하는 방향으로 진동하는 초음파를 상기 검출 대상에 여기시키는 초음파 여기부와,
    상기 검출 대상에 상기 초음파가 여기되어 있는 상태에 있어서, 상기 검출 대상으로부터 상기 검출 전극을 경유하여 기준 전압으로 흐름과 더불어 상기 검출 대상 전압과 상기 기준 전압 사이의 전위차에 따라서 진폭이 변조된 상기 초음파에 동기하는 검출 전류를 검출 전압 신호로 변환하는 전류 전압 변환 회로와,
    상기 전위차를 나타내는 검파 출력을 상기 검출 전압 신호로부터 검출하는 검파 회로를 구비하고 있는, 전압 검출 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 초음파 여기부는, 상기 정자계를 발생시켜 상기 검출 대상에 인가함으로써 상기 검출 대상에 있어서의 상기 인가 부위의 내부에 상기 표면을 따르는 정자계를 발생시키는 자석과, 공급되는 교류 전류에 의거하여 상기 검출 대상에 상기 와전류를 발생시키는 코일을 구비하고, 상기 인가 부위의 상기 표면에 대하여 직교하는 방향으로 진동하는 상기 초음파를 여기시키는, 전압 검출 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 자석은, 상기 인가 부위측의 자극의 근방에 상기 코일이 설치된 제1 자석과, 각각의 상기 인가 부위측의 자극이 상기 제1 자석의 상기 자극과는 상이한 극성으로 착자(着磁)됨과 더불어 상기 제1 자석의 상기 자극을 사이에 끼도록 설치된 제2 자석 및 제3 자석을 구비하고 있는, 전압 검출 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 검파 회로는, 상기 검출 전압 신호에 동기한 동기 신호로 상기 검출 전압 신호를 동기 검파하여 상기 검파 출력을 검출하는, 전압 검출 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 검파 회로는, 상기 검출 전압 신호에 동기한 동기 신호로 상기 검출 전압 신호를 동기 검파하여 상기 검파 출력을 검출하는, 전압 검출 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 검파 회로는, 상기 검출 전압 신호에 동기한 동기 신호로 상기 검출 전압 신호를 동기 검파하여 상기 검파 출력을 검출하는, 전압 검출 장치.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 전류 전압 변환 회로는, 제1의 입력 단자가 상기 기준 전압으로 규정되고, 제2의 입력 단자가 상기 검출 전극에 접속되고, 또한 상기 제2의 입력 단자와 출력 단자의 사이에 궤환 회로가 접속되고, 상기 궤환 회로에 흐르는 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 신호로 변환하는 연산 증폭기를 가지고 있는, 전압 검출 장치.
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